DE2016115B2

DE2016115B2 - Aufhaengung der einzelachsantriebsmotoren eines dreiachsigen drehgestells von schienentriebfahrzeugen

Info

Publication number: DE2016115B2
Application number: DE19702016115
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Societe des Forges et Ateliers du Creusot, Paris
Priority date: 1969-06-13
Filing date: 1970-04-03
Publication date: 1972-03-23
Also published as: DE2016115A1; FR2049570A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Aufhängung der Einzelachsantricbsmotoren eines dreiachsigen Drehgestell.s von Schienentriebfahrzeugen in Tatzlagerbauweise, bei denen die Motoren innerhalb des Dreh-ίί·. «tellachsstandes angeordnet sind.

Ein derartiges Drehgestell mit drei angetriebenen Achsen ist insbesondere für eine elektrische oder dieselelektrische Lokomotive bestimmt, bei der es auf eine möglichst weitgehende Ausnutzung des Lokomotivgewichtes Tür die Erzeugung großer Zugkräfte ankommt.

Jede Achse eines derart igen Drehgestells ist üblicherweise über ein Zahnrädergetriebe von einem Einzelachsantriebsmotor angetrieben. Zur Begrenzung des Gewichts der nicht gefederten Massen und zur Vereinfachung der Getriebeausbildung umfaßt dabei l.ieist das Motorgehäuse mit Tatzlagern die angetriebene Achse, während ein anderer Punkt des Motorgehäuses, die sogenannte »Aufhängenase«, elastisch mit einer Stelle des Drehgestellrahmens verbunden ist. Ein derartiger Tatzlagermotor wird daher auch häufig ein Motor mit »Nasenaufhängunggenannt.

Wenn der Antriebsmotor über seine Zahnrader ein Drehmoment auf den Radsatz bzw. dessen Räder übertrag'., entsteht ein Reaktionsmoment zwischen dem Drehgesteltrahmen und dem Radsatz. Dieses Drehmment ergibt eine zusätzliche vertikale Kraft, die über die Tatzlager des Antriebsmoiorgehäuses auf die angetriebene Achse übertragen wird. Diese Kraft addiert sich algebraisch zu der statischen Belastung der betreffenden Achse, die dem auf diese Achse einfallenden Anteil des gesamten Fahrzeuggewiehtes entspricht. Je nach der Drehrichtung der Radsatzräder ergibt diese zusätzliche Kraft also eine zusätzliche Belastung oder eine Entlastung der betreffenden Achse.

Unabhängig von der Anzahl der Achsen des Drehgestells sind die den äußeren Drchgestellachsen /umordneten Motoren stets zur Innenseite des Drehgestells hin aufgehängt, um ein möglichst kleines Trägheitsmoment des Drchccstclls bei dessen Schwenkbcwcgungen um eine vjrtikalc Achse /u erhalten.

Bei einem Drehgesiell mit zwei Achsen, dessen bei Fahrmotoren einander gegenüber zur Innenseite des Drehgestells hin angeordnet sind, wird stets die in Fahrtrichtung vorn liegende Achse entlastet, während die hinten liegende Achse zusätzlich belastet wird: dies entspricht einem von der Zugkraft abhängigen Drehmoment, das das Drehgestell um die hintere Achse zu kippen sucht.

Diese Wirkung ist ungünstig, denn sie verringert die Haftung der vorderen Achse bzw. des vorderen Radsatzes an der Schiene und damit in gleichem Maße die Zugkraft, die am Radumfang dieses Radsatzes bzw dieser Achse ausgeübt werden kann

/ur Verbesserung dieses Zusiandes sind bei einem zweiachsigen Drehgestell schon unterschiedliche Lösungen bekanntgeworden Die am häufigsten benutzte ist eine Anordnung der »in geringer Höhe angreifenden Zugkraft«, bei der im Prinzip der An· grilTspunkt der Kuppelstangen zwischen dem Lokomotiv- oder Wagenkasten und dem Drehgestellrahmen an diesem Rahmen viel tiefer liegt als der Punkt, an dem die von den Achsen auf den Drehgestellrahmen übertragene Zugkraft wirksam wird. Eine derartige Anordnung ergibt ein Drehmoment, das dem obenerwähnten Kippmoment auf das Drehgestell entgegenwirkt.

Im Fall eines dreiachsigen Drehgestells sind die Reaktionskräfle der Motoren an den äußeren Achsen die gleichen wie bei einem zweiachsigen Drehgestell, weil sie ebenfalls ein Kippmoment erzeugen. Die

Reaktion des mittleren Motors bringt nun über ein j-usälzliches Drehmoment, und das gesamte Drehmoment, das an dem Drehgestellrahmen angreift, |i;il nicht mehr den gleichen Wert in den beiden j-ahrtrichtungen. Außerdem ist die Entlastung der mittleren Achse in einer Fahrtrichtung nicht mehr llureh die niedrige Lage des Uhertragungspunktes der Zugkräfte zwischen Fahrzeugkasten und Drehgestell kompensiert.

Die Erfindung beseitigt diese Nachteile durch eine Wirrichtung, welche die Reaktionswirkung des Motors der mittleren Achse aufheht und es möglich macht. Jas auf das Drehgestell mit drei angetriebenen Achsen einwirkende Kippmoment in ahnlicher Weise zu kompensieren, wie dies bei Drehgestellen mit zwei angetriebenen Achsen bereits bekannt ist.

Die eingangs genannte Aufhangung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Tatzlager des mittleren Motor* über eine Kuppelstange mit einer Kurbel gekuppelt ist, die am einen Ende eines zur Drehgestell-Langsachse parallelen Tor.iionsstabes si'/t. der in fest mit dem Drehgestellrahmen verbundenen Halterungen frei drehbar ist und dessen anderes Eide eine mit gleicher Armlange wie die erste ausgeführte Kurbel tragt, die über eine Kuppelstange mit der Aufhängenase desjenigen äußeren Motors gekup-P-It ist. der im gleichen Richtungssinn wie der mittlere Yotor im Drehgestell eingebaut ist. wobei die Kuppel- -u.ingen und Kurbeln derart bemessen sind, daß üas ! orsionsmoment im Torsionss'.ab gleich Null ist. wenn das Drehgestell durch den Fahrzeugkasten normal belastet wird und weder einer Zug- noch einer Bremskraft unterliegt und daß ferner der Drehgestellrahmen mit dem von ihm getragenen Fahrzeugkasten iiher eine Vorrichtung verbunden ist. mittels der die Resultierende der Reaktionskräfte des Kastens gegenüber der ausgeübten Zugkraft wie bekannt die Mitten-Querebene der Aufhängungen der Motoren im Drehgestell etwa auf Schicnenhöhe schneide:

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird ein spe/iell ausgewähltes Ausführungsbeispiel beschrieben, das in der Zeichnung veranschaulicht ist. Es zeigt

Fig I cine vereinfachte Gesamtdarstellung der Seitenansicht eines mit der Erfindung versehenen Drehges'clls mit dr.-i angetriebenen Achsen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anordnuni der Antrielismotoren und ihrer Aufhängungen «im Drehgestellrahmen und

F i g 3 ein Diagramm der Kräfte, die heim Ausüben \on Zugkräften am Drehgestell angreifen

Wie aus Fi g 1 hervorgeht, hat das Drehgestell drei Achsen 1. 2 und 3 sown, einen Rahmen 4. der auf leder Seite über (nupprn von ' edcrn 5 auf einem 1 ängsbalken 6 abgostut/t -t. der seinerseits mit den Achslagern 7 verbündet, ist. Die an jeder \ehse 11 bts 3 ausgeübte Zugkraft wird auf den Drehgestellrahmen 4 durch die Kuppelstangen 8 und 9 übertragen

Der Fahrzeugkasten ruht auf dem Drehgestell über elastische Abstützungen 10. Der Kasten besitzt im Bereich der Drehgestellenden Halterungen IS. an denen je ein einer¹ Winkel von 90 bildender zweiarmiger Winkelhebd in seinem Scheitel- oder Winkeipunkt angelenkt ist. Am Ende des vertikalen Hebelarmes 16 des WinUelhebels ist das eine Ende einer horizontalen Kuppelstange 17 angelenkt, deren anderes Ende in einem Punkt 18 am Drehgestellrahmen 4 schwenkbar gclageit ist. Am Ende des horizontalen Hebelarmes 19 des Winkelhebels ist das eine Ende einer vertikalen Kuppelstange 20 angelenkt, deren anderes Ende in einem Punkt 21 gelenkig am Drehgestellrahmen 4 angreift. Wenn, mit H die Höhe des Endes des Hebelarmes 16 über Schienenoberkante und mit D der Abstand des Endes des Hebelarmes 19 von der Mitten-Querebene der Motoraufhängungen am Drehgestell bezeichnet sind (vgl. Fig. 3), stehen die Längen ν und h der Hebelarme 16 bzw. 19 in dem Verhältnis -f = 4- ■

F i g. 2 zeigt die Anordnung und Aufhängung der drei Antriebsmotoren Ml, Ml und Ai3. von denen jeder eine der Achsen 1, 2 und 3 antreibt. Jeder Motor

stützt sich auf seiner zugehörigen Achse mit Tatzlagern 25 seines Gehäuses ab — gegebenenfalls auch auf einer gegenüber der Achse gefederten Hohlwelle und ist mk dem Drehgestellrphmen durch eine Gehäusenase 26 und eine dieser r-ise zugeordnete Aufhängestange verbunden. Das Motordrehmoment wird auf die Achse über einen Zahnradsatz 27. 28 übertragen.

l'nter der Voraussetzung, daß der Pfeil 29 die Bewegungsrichtung des Drehgestells angibt, entsprechen die Drehrichtungen der Räder und der Motorritzel den Pfeilen in Fig. 2.

Die Aufhängenase 26 des Motors Λί 1 und die entsprechende Aufhängenase 26 des Motors .V/2 sind wie üblich mit dem Drehgestellrahmen durch abgefederte Kuppelstangen 30 und 31 verbunden. Die Aufhängenase 26 des Motors .V/3 ist mit einer unelastischen Kuppelstange 32 mit dem Ende einer Kurbel

33 verbunden, die fest am Ende eines Torsionsstabes

34 sitzt. An dem anderen Ende des Torsionsstabes 34 sitzt ebenfalls fest eine Kurbel 35 gleicher Armlänge

wie die der Kurbel 33: diese Kurbel 35 M über eine unelastische vertikale Kuppelstange 36 mit dem Tatzlager des Motors Λί 2 auf der Achse 2 verbunden. Der Torsionsstab 34 kann sich in den Lagern 37 am Drehgestellrahmen frei um ihre Längsachse drehen, die in Längsrichtung des Drehgestell* verläuft.

In F i g. 3 ist mit F die a>i einer Achse ausgeübte Zugkraft und mit R der Radius der Räder bezeichnet Das Zeichen +■ wird Tür Kräfte verwendei. die in Richtung auf das Gleis, d. h. nach unten, gerichtet sind, während das Zeichen - tür Kräfte gilt, die in umgekehrter Richtung wirken.

An jeder Achse er/eugt das Antnensdrchmoment F R eine Reaktion bzw cm Rcaktionsmomcnt vom

absoluten Wert .wobei auf die Achse 1 eine Kraft

- auf die Achse 2 eine Kraft -»- und auf

die Achse 3 eine Kraft

FR

ausgeübt wird. Mit m

ist der Abstand /wischen dem Radaufstandspunkt und der Aufhängung des entsprechenden Motors bezeichnet.

Durch die Gesamtanordnung der Kuppeistangen 32 und 36 der Kurbeln 33 und 35 und des Torsionsstabes 34 wild die an der Aufhängenase 26 des Mo-

FR tors Λί3 auftretende Kraft auf die Achse 2

übertragen.
6s Andererseits wird auf den Drehgestellrahmen ein

FR
Drehmoment —- · b ausgeübt, und zwar über die

Kuppelstangen 30 und 31. sowie ein Drehmoment

■ α. das an den Lagern für die Halterung des

Torsionsstabes 34 angreift. Bezüglich der Werte a und b wird auf F i g. 3 verwiesen. Dies bedeutet ein gesamtes, auf den Drehgestellrahmen ausgeübtes

FR

Drehmoment von

F R

t-f>) — (E-Im). wenn

E der Abstand der beiden äußeren Achsen, d. h. der gesamte Radstand des Drehgestells ist. Dieses Drehmoment wird auf den die Achslager verbindenden Längsbalken 6 über die Federn 5 übertragen. Es ist praktisch ohne Wirkung auf die mittlere Achse, ergibt aber mit einem Hebelarm der Länge E eine Kraft

FR , ^ -> , FR _Ί FR |. r · ι j

von -=■-■ (E-3m) = —3 —-=· ,die auf ede der

Em m E

beiden äußeren Achsen wirkt, und zwar auf die eine mit positivem, auf die andere mit negativem Vorzeichen.

Die folgende Zusammenstellung gibt die Aufteilung

und die Summe der auf jede Achse wirkenden Kräfte.

ίο wie sie durch die Reaktionsmomente im Drehgestell in Abhängigkeit von den Motorantriebsdrehmomcnten erzeugt werden.

Direkte Reaktion des Motors

Reaktion des Torsionsstabes

Reaktion des Drehgestellrahmens

Insgesamt

Achse

0
/TR 3F/T

Achse 2

FR

Achse 3

FR

Der Drehgestellrahmen ist andererseits Drehmomenten unterworfen, die auf die Reaktion des Fahrzeugkastens gegenüber den Zugkräften und auf die Reaktion der Reibungskräfte an der Schiene zurückzuführen sind. Die Reaktionen des Fahrzeugkastens auf die gesamte Zugkraft des Drehgestells, die den Wert 3 F hat, ergibt an dem Drehgestellrahmen eine Kraft von 3F, die über die Kuppelslange 17 auf den Anlenkpunkt 18 übertragen wird, und eine Zugkraft V, die von der Kuppelstange 20 auf den Anlenkpunkt 21 übertragen wird. Es gilt dann:

Dies bedeutet, daß die Resultierende S aus de Reaktion des Fahrzeugkastens auf die an dem Dreh gestell ausgeübten Zugkräfte die Mitten-Quereben der Aufhängungen der Motoren im Drehgestell etw auf Schienenhöhe schneidet.

.15 Das auf die Reaktion der Haftkräfte zurückzi führende Drehmoment hat an jeder Achse den We FR, d.h. 3FR für das gesamte Drehgestell. Dies* Drehmoment ist praktisch ohne Wirkung auf d mittlere Achse, führt jedoch an den äußeren Achst zu Ent- und Belastungskräften des absoluten Wert

3FR

d.h.

—=— auf die Achse 1 und - —ρ

Das resultierende Drehmoment, das auf den Dreh- auf die Achse 3. Unter Berücksichtigung der ob

gestellrahmen wirkt, ist infolgedessen 45 gefundenen Ergebnisse ist zu erkennen, daß die Sumi

3F-H-V-D = O ^{der Kräfte}' ^{die auf} Reaktionen der Zugkräfte zurüc

zuführen sind, sich für sämtliche Achsen geigensei

3 F · H - 3 F

JL D

D = O.

aufheben und daß dies auch ganz unabhängig von < Fahrtrichtung gilt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dreiachsiges Drehgestell mit Einzelachsantrieb durch drei Tatzlagermotor, von denen die Motoren der äußeren Achsen relativ zu diesen zur Mitte des Drehgestells hin angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Tatzlager (25) des mittleren Motors (M 2) über eine Kuppelstange (36) mit einer Kurbel (35) gekuppelt to ist, die am einen Ende eines zur Drehgestell-Längsachse parallelen Torsionsstabes (34) sitzt, der in fest mit dem Drehgestellrahmen (4) verbundenen Halterungen (37) frei drehbar ist und dessen anderes Ende eine Kurbel (33) mit einer der ersten Kurbel gleich langen Armlänge trägt, die über eine Kuppelstange (32; mit der Aufhängenase (26) desjenigen äußeren Motors gekuppelt ist, der im gleichen Richtungssinn im Drehgestell eingebaut ist wie der mittlere Motor, wobei die Kuppelstangen (32 und 36) und Kurbeln (33 und 35) derart bemessen sind, daß das Torsionsmoment im Torsionsstab gleich Null ibt. wenn das Drehgestell durch den Fahrzeugkasten nonnal belastet ist und weder einer Zug- noch einer Bremskraft unterliegt und daß ferner der Drehgestellrahmen mit c¹¹Pi von ihm getragenen Fahrzeugkasten über eine Vorrichtung (15 bis 21) verbunden ist. mittels de." die Resultierende (s) der Reaktionskräfte des Kastens gegenüber der ausgeübten Zugkraft wie bekannt die Mitien-Querebene der Aufhängungen der Motoren im Drehgestell etwa auf Schienenhöhe schneidet.

2. Dreiachsiges Drehgestell nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die jedes F.nde des Drehgestellrahmcns (4) mit dem Fahrzeugkasten verbindende Vorrichtung aus folgenden Teilen gebildet ist: ein fest mit dem Kasten verbundene Stützteil (15). ein 90 -Winkelhebel, der mit seinem Scheitelpunkt an diesem Stüt/teil schwenkbar gelagert ist und einen vertikalen Hebelarm (16) von der Länge r, der an seinem Ende über eine horizontale Kuppelstange (17) in einem Punkt (18) mit dem Drehgestellrahmen verbunden ist. und einen horizontalen Hebelarm (19) von der Länge /1 besitzt, der an seinem fcnde über eine vertikale Kuppelstange (20) in einem weiteren Punkt |21) mit dem Drehgestellrahmen verbunden ist. wobei die Hebelarme so angeordnet sind, daß cmc Zugkraft in der horizontalen Kuppelstange gleichzeilig eine Zugkraft in der vertikalen Kuppelstange erzeugt und das Hebelarniverhalinis ι Η

J₁ ij ist. wenn // die Höhe des Fndcs des vertikalen Hebelarmes über Schicnenoberkanle und ΰ den Abstand des Endes des horizontalen Hebelarmes von der Mitten-Querebene der Motoraufhängungcrf im Drehgestell bedeutet.